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PID控制智能小车C语言算法实现

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楼主
ID:377596 发表于 2019-1-24 13:58 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
在过程控制中，按偏差的比例（P）、积分（I）和微分（D）进行控制的PID控制器（亦称PID调节器）是应用最为广泛的一种自动控制器。它具有原理简单，易于实现，适用面广，控制参数相互独立，参数的选定比较简单等优点；而且在理论上可以证明，对于过程控制的典型对象──“一阶滞后＋纯滞后”与“二阶滞后＋纯滞后”的控制对象，PID控制器是一种最优控制。PID调节规律是连续系统动态品质校正的一种有效方法，它的参数整定方式简便，结构改变灵活（PI、PD、…）。
参数的选择：
   ①比例系数P对系统性能的影响：比例系数加大，使系统的动作灵敏，速度加快，稳态误差减小；P偏大，振荡次数加多，调节时间加长；P太大时，系统会趋于不稳定；P太小，又会使系统的动作缓慢。P可以选负数，这主要是由执行机构、传感器以及控制对象的特性决定的。如果P的符号选择不当对象测量值就会离控制目标的设定值越来越远，如果出现这样的情况P的符号就一定要取反。同时要注意的是，力控的策略控制器的PID控制块的P参数是PID控制中的增益。
　　②积分控制I对系统性能的影响：积分作用使系统的稳定性下降，I小（积分作用强）会使系统不稳定，但能消除稳态误差，提高系统的控制精度。
　　③微分控制D对系统性能的影响：微分作用可以改善动态特性，D偏大时，超调量较大，调节时间较短；D偏小时，超调量也较大，调节时间也较长；只有D合适，才能使超调量较小，减短调节时间。

C语言实现PID算法：
  1. #include <stdio.h>
  2. #include<math.h>
  3. 　　struct _pid {
  4. 　　 int pv; /*integer that contains the process value*/
  5. 　　 int sp; /*integer that contains the set point*/
  6. 　　 float integral;
  7. 　　 float pgain;
  8. 　　 float igain;
  9. 　　 float dgain;
  10. 　　 int deadband;
  11. 　　 int last_error;
  12. 　　};
  13. 　　struct _pid warm,*pid;
  14. 　　int process_point, set_point,dead_band;
  15. 　　float p_gain, i_gain, d_gain, integral_val,new_integ;;
  16. 　　pid_init
  17. 　　DESCRIPTION This function initializes the pointers in the _pid structure
  18. 　　to the process variable and the setpoint. *pv and *sp are
  19. 　　integer pointers.
  20. 　　void pid_init(struct _pid *warm, int process_point, int set_point)
  21. 　　{
  22. 　　 struct _pid *pid;
  23. 　　　pid = warm;
  24. 　　 pid->pv = process_point;
  25. 　　 pid->sp = set_point;
  26. 　　} 　　
  27. 　　pid_tune　　
  28. 　　DESCRIPTION Sets the proportional gain (p_gain), integral gain (i_gain),
  29. 　　derivitive gain (d_gain), and the dead band (dead_band) of
  30. 　　a pid control structure _pid.
  31. 　　void pid_tune(struct _pid *pid, float p_gain, float i_gain, float d_gain, int dead_band)
  32. 　　{
  33. 　　 pid->pgain = p_gain;
  34. 　　 pid->igain = i_gain;
  35. 　　 pid->dgain = d_gain;
  36. 　　 pid->deadband = dead_band;
  37. 　　 pid->integral= integral_val;
  38. 　　 pid->last_error=0;
  39. 　　}　　　　　　
  40. pid_setinteg
  41. 　　　　DESCRIPTION Set a new value for the integral term of the pid equation.
  42. 　　This is useful for setting the initial output of the
  43. 　　pid controller at start up.　　
  44. 　　void pid_setinteg(struct _pid *pid,float new_integ)
  45. 　　{
  46. 　　 pid->integral = new_integ;
  47. 　　 pid->last_error = 0;
  48. 　　}　　　　　　pid_bumpless
  49. 　　DESCRIPTION Bumpless transfer algorithim. When suddenly changing
  50. 　　setpoints, or when restarting the PID equation after an
  51. 　　extended pause, the derivative of the equation can cause
  52. 　　a bump in the controller output. This function will help
  53. 　　smooth out that bump. The process value in *pv should
  54. 　　be the updated just before this function is used.
  55. 　　　　void pid_bumpless(struct _pid *pid)
  56. 　　{ 　　
  57. 　　 pid->last_error = (pid->sp)-(pid->pv); 　　
  58. 　　}
  59. pid_calc 　　
  60. 　　DESCRIPTION Performs PID calculations for the _pid structure *a. This function uses the positional form of the pid equation, and incorporates an integral windup prevention algorithim. Rectangular integration is used, so this function must be repeated on a consistent time basis for accurate control.
  61. 　　
  62. 　　RETURN VALUE The new output value for the pid loop. 　　
  63. 　　USAGE #include "control.h"*/ 　　
  64. 　　float pid_calc(struct _pid *pid)　　{
  65. 　　 int err;
  66. 　　 float pterm, dterm, result, ferror;
  67. 　　　　 err = (pid->sp) - (pid->pv);
  68. 　　 if (abs(err) > pid->deadband)　　 {
  69. 　　 ferror = (float) err; /*do integer to float conversion only once*/
  70. 　　 pterm = pid->pgain * ferror;
  71. 　　 if (pterm > 100 || pterm < -100)　　 {
  72. 　　 pid->integral = 0.0;　　 }
  73. 　　 else　　 {
  74. 　　 pid->integral += pid->igain * ferror;
  75. 　　 if (pid->integral > 100.0)
  76. 　　 {
  77. 　　 pid->integral = 100.0;　　 }
  78. 　　 else if (pid->integral < 0.0) pid->integral = 0.0;　　 }
  79. 　　 dterm = ((float)(err - pid->last_error)) * pid->dgain;
  80. 　　 result = pterm + pid->integral + dterm;　　 }
  81. 　　 else result = pid->integral;
  82. 　　 pid->last_error = err;
  83. 　　 return (result);　　}
  84. 　　
  85. void main(void)
  86. 　　{
  87. 　　 float display_value;
  88. 　　 int count=0;
  89. 　　
  90. 　　 pid = &warm;
  91. 　　
  92. 　　// printf("Enter the values of Process point, Set point, P gain, I gain, D gain \n");
  93. 　　// scanf("%d%d%f%f%f", &process_point, &set_point, &p_gain, &i_gain, &d_gain);　　
  94. 　　 process_point = 30;
  95. 　　 set_point = 40;
  96. 　　 p_gain = (float)(5.2);
  97. 　　 i_gain = (float)(0.77);
  98. 　　 d_gain = (float)(0.18);
  99. 　　　　
  100. 　　 dead_band = 2;
  101. 　　 integral_val =(float)(0.01);
  102. 　　　　
  103. 　　 printf("The values of Process point, Set point, P gain, I gain, D gain \n");
  104. 　　 printf(" %6d %6d %4f %4f %4f\n", process_point, set_point, p_gain, i_gain, d_gain);
  105. 　　
  106. 　　 printf("Enter the values of Process point\n");
  107. 　　
  108. 　　 while(count<=20)
  109. 　　 {　　
  110. 　　 scanf("%d",&process_point);　　
  111. 　　 pid_init(&warm, process_point, set_point);
  112. 　　 pid_tune(&warm, p_gain,i_gain,d_gain,dead_band);
  113. 　　 pid_setinteg(&warm,0.0); //pid_setinteg(&warm,30.0);
  114. 　　
  115. 　　 //Get input value for process point
  116. 　　 pid_bumpless(&warm);
  117. 　　
  118. 　　 // how to display output
  119. 　　 display_value = pid_calc(&warm);
  120. 　　 printf("%f\n", display_value);
  121. 　　 //printf("\n%f%f%f%f",warm.pv,warm.sp,warm.igain,warm.dgain);
  122. 　　 count++; 　
  123. 　　 }
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